Εκχύλιση κερσετίνης με υπερήχους
Η κερσετίνη είναι μία από τις πιο εκτενώς μελετημένες φυτικές πολυφαινόλες και εκτιμάται για την αντιοξειδωτική της δράση και τον ρόλο της στα συμπληρώματα διατροφής, τα λειτουργικά τρόφιμα και τα διατροφοθεραπευτικά προϊόντα. Επειδή η κερσετίνη και οι γλυκοζίτες της (π.χ. ρουτίνη, ισοκερσετίνη) είναι ευαίσθητοι στη θερμότητα και την οξείδωση, η παραγωγή εκχυλίσματος υψηλής καθαρότητας απαιτεί μια αποτελεσματική αλλά ήπια, μη θερμική τεχνική εκχύλισης. Σε αυτό ακριβώς υπερέχει η εκχύλιση κερσετίνης με υπερήχους.
Υπέρηχοι υψηλής απόδοσης για εκχυλίσματα κερσετίνης υψηλής ποιότητας
Η εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων (UAE) χρησιμοποιεί υπερήχους υψηλής ισχύος και χαμηλής συχνότητας για τη μηχανική διάρρηξη των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων και τη δραστική αύξηση της μεταφοράς μάζας, απελευθερώνοντας την κερσετίνη στον διαλύτη μέσα σε λίγα λεπτά αντί για ώρες. Σε σύγκριση με τη διαβροχή, την εκχύλιση Soxhlet ή τη χώνευση με θέρμανση, η εκχύλιση με υπερήχους προσφέρει υψηλότερες αποδόσεις, μικρότερους χρόνους επεξεργασίας, μικρότερους όγκους διαλυτών και καλύτερα διατηρημένη βιοδραστικότητα – γεγονός που την καθιστά ελκυστική επιλογή για εργαστήρια, πιλοτικές μονάδες και παραγωγή φυτικών εκχυλισμάτων και εκχυλισμάτων πολυφαινολών σε βιομηχανική κλίμακα.
Είστε έτοιμοι να περάσετε από τη διαβροχή και την εκχύλιση Soxhlet σε γρήγορη, ήπια, μη θερμική εκχύλιση; Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα – θα σας βοηθήσουμε να καθορίσετε το κατάλληλο σύστημα υπερήχων για το φυτικό σας υλικό.
Εκχύλιση φυτικών υλικών με υπερήχους σε παρτίδα 120L με τη συσκευή υπερήχων UIP2000hdT
- Ανώτερες αποδόσεις
- Εκχύλιση υψηλής ταχύτητας – μέσα σε λίγα λεπτά
- Εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας – με ήπια, μη θερμική επεξεργασία
- Πράσινοι διαλύτες (νερό, αιθανόλη, μεθανόλη κ.λπ.)
- Εύκολη και ασφαλής λειτουργία
- Χαμηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας
- Λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες υψηλής καταπόνησης
- Πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Επιδράσεις της κατεργασίας με υπερήχους στην κυτταρική δομή: Η διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων που προκαλείται από τους υπερήχους επιτρέπει την απελευθέρωση κερσετίνης και ρουτίνης από το Euonymus alatus.
Εικόνα και μελέτη: ©Yang and Zhang, 2008.
Γιατί η κερσετίνη απαιτεί μια ήπια μέθοδο εκχύλισης
Η κερσετίνη απαντά σε πολλά φρούτα, λαχανικά και βότανα – μεταξύ άλλων σε μήλα, κρεμμύδια, μούρα, τσάι, σταφύλια και πράσινα φυλλώδη λαχανικά. Ως πολυφαινόλη/φλαβονόλη, μπορεί να αποικοδομηθεί υπό παρατεταμένη έκθεση σε θερμότητα, έντονα αλκαλικές συνθήκες ή παρατεταμένη επαφή με διαλύτη, γεγονός που μειώνει την απόδοση και υποβαθμίζει την ποιότητα του τελικού εκχυλίσματος. Επομένως, μια ήπια, μη θερμική μέθοδος μικρής διάρκειας συμβάλλει στη διατήρηση τόσο της ποσότητας όσο και της λειτουργικής ποιότητας (αντιοξειδωτική ικανότητα) της εκχυλιζόμενης κερσετίνης.
Πώς λειτουργεί η εκχύλιση κερσετίνης με υπερήχους
Ο ρόλος της ακουστικής σπηλαίωσης
Οι υπέρηχοι υψηλής έντασης δημιουργούν μικροσκοπικές φυσαλίδες σπηλαίωσης στο υγρό. Η κατάρρευσή τους προς το εσωτερικό δημιουργεί τοπικές εστίες υψηλής θερμοκρασίας, δυνάμεις διάτμησης και μικροπίδακες που διαρρηγνύουν τα φυτικά κυτταρικά τοιχώματα και διασπούν τις ιστικές μήτρες. Αυτό ανοίγει τα κυτταρικά διαμερίσματα όπου αποθηκεύεται η κερσετίνη και επιταχύνει τη διάχυσή της στον περιβάλλοντα διαλύτη, με αποτέλεσμα η δραστική ένωση να απελευθερώνεται ταχύτερα και πληρέστερα.
Τυπική ροή διεργασίας για την εκχύλιση κερσετίνης με υπερήχους
- Προετοιμασία: αλέστε, κόψτε ή υποβάλετε σε λυοφιλίωση το ακατέργαστο φυτικό υλικό (π.χ. φύλλα, φλούδες, σπόρους), ώστε να αυξήσετε την επιφάνειά του.
- Επιλογή διαλύτη: επιλέξτε έναν πράσινο διαλύτη κατάλληλο για τρόφιμα, όπως νερό, αιθανόλη ή μείγμα νερού–αιθανόλης.
- Κατεργασία με υπερήχους: εκχυλίστε σε λειτουργία παρτίδας (με ανάδευση) ή σε λειτουργία συνεχούς ροής μέσω κυψελίδας ροής για 5–30 λεπτά.
- Διαχωρισμός: διηθήστε ή φυγοκεντρήστε το εκχύλισμα και ανακτήστε το πλούσιο σε κερσετίνη υγρό.
- Συμπύκνωση / καθαρισμός: προαιρετικά, πραγματοποιήστε ξήρανση, καταβύθιση ή καθαρισμό, ανάλογα με τις ανάγκες.
Σημείωση: Οι συγκεκριμένοι χρόνοι, τα πλάτη ταλάντωσης και οι αναλογίες διαλυτών εξαρτώνται από το φυτικό είδος και τη μήτρα-στόχο – οι ειδικοί μας στις διεργασίες μπορούν να σας βοηθήσουν να βελτιστοποιήσετε τις παραμέτρους της διεργασίας για την πρώτη ύλη σας.
Συσκευή υπερήχων UP200Ht για την εκχύλιση κερσετίνης
Μελέτη περίπτωσης: Εκχύλιση κερσετίνης με τη βοήθεια υπερήχων
Οι Sharifi et al. (2017) έδειξαν ότι η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια αποτελεσματική και πρακτική μέθοδος για την εκχύλιση φλαβονοειδών, όπως η κερσετίνη, από φαρμακευτικά φυτά. Χρησιμοποίησαν τη συσκευή Hielscher UP400St (400W, βλ. εικόνα αριστερά) με ρύθμιση πλάτους στο 50%. Τα φύλλα ραπανιού (Raphanus Sativus) τοποθετήθηκαν σε μεθανόλη και υποβλήθηκαν σε κατεργασία με υπερήχους για 10 min., με αποτέλεσμα απόδοση κερκετίνης 11,8%. Η υπεροχή της εκχύλισης με υποβοήθηση υπερήχων σε σύγκριση με συμβατικές τεχνικές όπως η εκχύλιση με διαβροχή, η εκχύλιση Soxhlet και η θερμική χώνευση. Η εκχύλιση με υπερήχους υπερέχει χάρη στις υψηλότερες αποδόσεις, τους σημαντικά μικρότερους χρόνους εκχύλισης και τις μικρότερες ποσότητες διαλυτών. Η εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων προκαλεί σπηλαίωση, η οποία διαρρηγνύει τα κυτταρικά τοιχώματα του φυτικού υλικού και προάγει τη μεταφορά μάζας. Έτσι, η εκχύλιση με υπερήχους είναι αποτελεσματικότερη από τις παραδοσιακές μεθόδους και υπερέχει στην εκχύλιση κερκετίνης από οργανικές μήτρες. Παρότι η εκχύλιση με υπερήχους χρειάστηκε μόνο 10 min. – σε σύγκριση με χρόνους εκχύλισης 24hrs για τη διαβροχή, 60min. για τη θερμική χώνευση και 24hrs για την εκχύλιση Soxhlet – η ποσότητα κερκετίνης που εκχυλίστηκε με υπερήχους ήταν μεγαλύτερη από εκείνη της χώνευσης, της διαβροχής και της εκχύλισης Soxhlet.
Η εκχύλιση με υπερήχους (UAE) παρέχει σημαντικά υψηλότερες αποδόσεις κερκετίνης σε μικρότερους χρόνους εκχύλισης σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους εκχύλισης.
πηγή: Sharifi at al., 2017
Συσκευή υπερήχων UP400ST για την εκχύλιση φυτικών συστατικών
Εξοπλισμός εκχύλισης με υπερήχους
Η Hielscher Ultrasonics ειδικεύεται στην κατασκευή επεξεργαστών υπερήχων υψηλών επιδόσεων για την παραγωγή εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας από φυτικές πρώτες ύλες.
Η Hielscher προσφέρει μια ευρεία γκάμα προϊόντων, από μικρές, ισχυρές εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως ανθεκτικά επιτραπέζια και πλήρως βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση βιοδραστικών ουσιών (π.χ. πολυφαινόλες, τζιντζερόλη, πιπερίνη, κουρκουμίνη κ.λπ.). Όλες οι συσκευές υπερήχων από 200 watts έως 16.000 watts διαθέτουν έγχρωμη οθόνη για ψηφιακό έλεγχο, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, τηλεχειρισμό μέσω προγράμματος περιήγησης και πολλές ακόμη εύχρηστες λειτουργίες. Τα ηχοτρόδια και οι κυψελίδες ροής (τα μέρη που έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να αποστειρωθούν σε αυτόκαυστο και καθαρίζονται εύκολα. Όλες οι συσκευές υπερήχων μας έχουν κατασκευαστεί για λειτουργία 24/7, απαιτούν ελάχιστη συντήρηση και είναι εύκολες και ασφαλείς στη χρήση.
Μια ψηφιακή έγχρωμη οθόνη επιτρέπει τον εύχρηστο έλεγχο της συσκευής υπερήχων, καθιστώντας δυνατή την ακριβή ρύθμιση της διεργασίας. Τα συστήματά μας μπορούν να παρέχουν από χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτη ταλάντωσης. Για την εκχύλιση πολυφαινολών όπως η κερκετίνη, προσφέρουμε ειδικά ηχοτρόδια υπερήχων (γνωστά επίσης ως ανιχνευτές ή κέρατα υπερήχων), τα οποία έχουν βελτιστοποιηθεί για την ήπια απομόνωση δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας. Η ανθεκτικότητα των συσκευών υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό βαριά καταπόνηση και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων εξασφαλίζει την αναπαραγωγιμότητα και την τυποποίηση της διεργασίας.
Επεξεργαστές υπερήχων υψηλής ισχύος από εργαστηριακή έως πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την εκχύλιση κερκετίνης με υπερήχους
Τι είναι η κερκετίνη;
Η κερκετίνη, μια φυτική φλαβονόλη (που αποτελεί υποομάδα των φλαβονοειδών της ομάδας των πολυφαινολών), βρίσκεται σε πολλά φρούτα, λαχανικά και φύλλα. Φυσικές πηγές κερκετίνης είναι τα μήλα, οι πιπεριές, το κόκκινο κρασί, τα σκουρόχρωμα κεράσια και τα μούρα (μπλούμπερι, μύρτιλα, βατόμουρα και άλλα), οι ντομάτες, τα σταυρανθή λαχανικά, όπως το μπρόκολο, το λάχανο και τα φύτρα· τα πράσινα φυλλώδη λαχανικά, όπως το σπανάκι και η λαχανίδα· τα εσπεριδοειδή, το κακάο, τα κράνμπερι, τα δημητριακά ολικής άλεσης, όπως το φαγόπυρο, τα σπαράγγια, η κάπαρη, τα κόκκινα κρεμμύδια, το ελαιόλαδο, το μαύρο και το πράσινο τσάι, τα φασόλια και τα όσπρια· τα βότανα, όπως το φασκόμηλο, ο αμερικανικός σαμπούκος, το βαλσαμόχορτο και το γκίνγκο μπιλόμπα.
Ποιοι διαλύτες χρησιμοποιούνται για την εκχύλιση κερκετίνης με υπερήχους;
Χρησιμοποιούνται συνήθως πράσινοι διαλύτες κατάλληλοι για τρόφιμα, όπως το νερό, η αιθανόλη, η μεθανόλη ή μείγματα νερού–αιθανόλης.
Γιατί απαιτείται μια ήπια μέθοδος εκχύλισης για την κερκετίνη;
Επειδή η κερκετίνη είναι μια ευαίσθητη βιοδραστική ένωση, απαιτείται μια αποτελεσματική αλλά ήπια τεχνική για την αποτροπή της αποσύνθεσής της κατά την παραγωγή εκχυλίσματος υψηλής ποιότητας για πρόσθετα τροφίμων και συμπληρώματα διατροφής. Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ήπια, μη θερμική, αμιγώς μηχανική μέθοδος που αποδίδει μεγάλες ποσότητες κερκετίνης σε πολύ σύντομο χρόνο εκχύλισης.
Πώς λειτουργεί η εκχύλιση με υπερήχους;
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης, το οποίο διαρρηγνύει τα κυτταρικά τοιχώματα του φυτικού υλικού και προάγει τη μεταφορά μάζας, απελευθερώνοντας βιοδραστικές ενώσεις όπως πολυφαινόλες, κερκετίνη και αντιοξειδωτικά. Έτσι, η κατεργασία με υπερήχους αποτελεί προτιμώμενη μέθοδο για την απομόνωση ευαίσθητων φυτικών ενώσεων.
Ποια είναι τα κύρια πλεονεκτήματα της εκχύλισης κερκετίνης με υπερήχους;
Τα βασικά οφέλη περιλαμβάνουν ανώτερες αποδόσεις, ταχεία εκχύλιση μέσα σε λίγα λεπτά, εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας που παράγονται με ήπια και μη θερμική κατεργασία, χρήση πράσινων διαλυτών (νερό, αιθανόλη, μεθανόλη κ.λπ.), εύκολη και ασφαλή λειτουργία, χαμηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας και δυνατότητα λειτουργίας 24/7 υπό συνθήκες υψηλής καταπόνησης. Είναι επίσης μια πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος.
Είναι η εκχύλιση με υπερήχους αναπαραγώγιμη και κατάλληλη για βιομηχανική κλίμακα;
Ναι. Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων διασφαλίζει την αναπαραγωγιμότητα και την τυποποίηση της διεργασίας. Η Hielscher παρέχει ειδικά ηχοτρόδια, βελτιστοποιημένα για την ήπια απομόνωση ευαίσθητων δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας, υποστηρίζοντας την αύξηση της κλίμακας από το εργαστήριο στην πιλοτική και τη βιομηχανική παραγωγή.
Με ποια οφέλη για την υγεία συνδέεται η κερκετίνη;
Οι γλυκοζίτες της κερκετίνης (όπως η ισοκερκετίνη) και τα συγγενή φλαβονοειδή έχουν περιγραφεί ως αντιιικοί, αντιμικροβιακοί, αντιφλεγμονώδεις και αντιαλλεργικοί παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν θετικά διάφορους τύπους κυττάρων σε ζώα και ανθρώπους. Η κερκετίνη ενδέχεται να συμβάλλει στη μείωση της φλεγμονής, στην καταπολέμηση των αλλεργιών, στην υποστήριξη της υγείας της καρδιάς, στην αντιμετώπιση του πόνου, στην πιθανή βελτίωση της αντοχής, στην καταπολέμηση του καρκίνου και στην προστασία της υγείας του δέρματος και του ήπατος.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Σύγκριση διαφορετικών μεθόδων εκχύλισης κερκετίνης από φύλλα του Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences March 2017, 23, 59-65.
- Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Βελτιστοποίηση της υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης φαινολικών ενώσεων από φύλλα του Justicia spicigera. Food Science and Biotechnology 27, 2018. 1093–1102.
- Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Επίδραση της υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης πολυφαινολών από φλούδες μήλου σε συστήματα νερού–CO2. Food Bioprocessing Technology 15, 2022. 1157–1167.
- Lucas-González R., Viuda-Martos M., Pérez-Álvarez J.Á., Fernández-López J.(2024): Διερεύνηση παραγόντων που επηρεάζουν την υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση (πολυ)φαινολών από σπόρους χουρμαδιάς. Frontiers in Chemistry, Τόμος 12, 2024.
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Βελτιστοποίηση της υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης πολύτιμων ενώσεων από καρπούς του Melia azedarach με βαθύ ευτηκτικό διαλύτη γλυκερόλης–χλωριούχου χολίνης. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Τόμος 29, 2022.